专利名称：氩等离子弧对2铬13表面淬火工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对黑色金属2Cr13表面进行热处理的工艺技术。
现阀门中的密封副另件，一般都采用2Cr13不锈耐酸钢材料制作。但用2Cr13堆焊的密封副表面很难热处理，因2Cr13的堆焊层只有3～4mm，含碳量为0.15%～0.17%，而淬火硬度要求HRC46～54，并要求阀门在使用过程中对水、石油、氨水保持较高的耐腐蚀性。而实际生产中使用氧乙炔焰，盐浴炉淬火、高频淬火，以上方法淬火都存在硬度偏低和不稳定的问题(硬度在HRC43～45)，而对直径大于200毫米的密封副，由于高频设备的限制还没办法加工，上述加工方法成本也高。
国外采用高密度能量射束，激光束、电子束装置，但设备造价昂贵，维修难。专利申请号88100221.6“氮等离子弧表面淬火工艺”虽提供了一种成本低廉，可控性好，既能对加热表面起保护作用，又能在表面氮化处理形成耐磨、耐腐蚀的氮化铁组织，提高表面硬度，工艺简便的加工方法。但将氮等离子弧作为淬火热源进行热处理，无任何保护装置使人体受到光幅射及高频电磁场的危害，特别是氮电离过程中产生N2O、NO2、N2O3等和臭氧污染环境，同时也影响人体健康。另外2Cr13经离子氮化或气体氮化后促使(FeCr)3C、(CrFe)23C6等碳化物折出，造成贫铬区，降低耐腐蚀性能，特别是在氨气中的腐蚀率降低，从而破坏了阀门的密封性，因此该淬火工艺还不适合于对2Cr13的热处理。
本发明的目的在于提供一种氩等离子弧对2Cr13表面淬火工艺，成本低廉，性能稳定，能满足对2Cr13另件表面淬火硬度的要求，对环境无污染。
本发明是这样实现的利用等离子喷焊设备产生的氩等离子弧作为2Cr13表面淬火的热源，改善枪头冷却条件为双循环，采用联合型等离子弧，缩小转弧电流，降低温度，以氩等离子弧的射束对2Cr13表面进行扫描加热，使其迅速达到相变温度以上，靠空冷自硬，淬硬层在1.5～2mm之间，硬度在HRC36～54之间。
图1、本发明加工示意图(工件为闸板)枪头(1)、工件(2)、斜胎具(3)、旋转台(4)、定位块(5)。
图2、淬火控制程序示意图。
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述现以阀门另件密封副(包括闸板和密封圈二部分)材料为2Cr13为例为了保证闸板密封面加热均匀，在旋转工作台上安装带斜度的淬火斜胎具，再将闸板工件放在淬火斜胎具上，并用定位块定位，如图1所示，枪头到工件距离在10～16mm间调整，根据不同加工工件而选择。加工密封圈时就不需用斜胎具，工件直接放在旋转台上就行。
用等离子喷焊机作为淬火热源，因氩等离子弧极为稳定，指向性强，不飘动，传热率是氧乙炔焰的20倍，但温度高达14000～32000°K，弧注较为细长，而淬火要求的弧焰温度为3000℃左右，并要稳定柔和，为解决此问题采用联合型等离子弧，缩小转弧电流，以降低温度，保持离子气流量在0.3～0.5m3/小时，促使弧焰膨胀，加热面变宽，如离子气太小，则等离子弧无力且稳定性差。
如图2所示，为使工件表面加热均匀，使枪头在工件表面来回摆动，摆动频率0～140次/分，摆动幅度0.5～15mm，并根据工件及具体技术要求选取适当的线速度100～400mm/分，非弧产生后再引出转弧，仍保留非弧工作，并增大电流，使离子弧在维持足够的方向性基础上，弧底增宽，加热比较分散。同时不断的供应工作气氩离子气。
对此加工件密封副而言，转弧电流或非弧电流过大会使弧焰温度急剧升高，工件过热脱碳以至熔化，而产生粗大的马氏体，回火后材料冲击韧性将会显著下降，如非弧电流太小，弧底不够宽，弧柱细小，加热不匀，出现软点机会增多，如转弧电流太小，温度不够，硬度达不到，或者淬透层很浅。此工件非弧电流控制在90～200安，转弧电流控制在10～50安，激磁电压110伏，非弧电压20伏，转弧电压28伏。
由于采用了联合型等离子弧，非弧电流又很大，因此枪头非常容易发热，以至烧坏。改善枪头冷却条件为双循环，保持水温在35℃以下并注意钨极的“对中”。
工件淬火后的马氏体是一种内压力很高的不稳定组织，闸板必须在8小时内经150°保温一小时，空冷才能应用，否则容易引起开裂(HRC46～54)，密封圈必须在8小时内经300°～450°保温一小时，炉冷才能控制变形量(HRC36～44)。
等离子喷焊机加工空间大，可用于200mm～400mm密封副的表面淬火，对于直径大于150mm以上的工件，可改单枪头为双枪头，变手动升降为机械自动升降，可提高效率一倍。
不需要增加设备，充分利用原有设备使一机二用(原有的等离子喷焊设备只用于硬质合金粉末喷焊)，此工艺克服了闸板、密封圈2Cr13焊层薄、含碳量低的弱点，使工件淬火硬度高，组织均匀，质量稳定，淬火后工件本体温度低，甚至可用手将工件拿下，不易变形。氩气是惰性气体，用作保护气体，保护2Cr13化学成份的稳定，整个加工过程都密封在保护罩内，用高温离子弧同工件表面接触得到组织的相变化，是一个物理变化过程，因此对周围环境无污染，加工成本只是原氧乙炔焰淬火、盐浴炉淬火、高频淬火的1/3，而硬度可达到优质产品的质量要求。此淬火工艺特别适宜对阀门密封面、机械密封环、模具等平面圆环状工件的热处理。
权利要求
1.一种氩等离子弧对2cr13表面淬火工艺，其特征在于利用等离子喷焊设备产生的氩等离子弧，采用联合型等离子弧对2Cr13表面进行扫描加热，迅速达到相变温度以上，空冷自硬，以改变表层硬度的方法。
2.根据权利要求1所述的淬火工艺，其特征在于2Cr13阀门密封副的工艺参数非弧电流控制在90～200安，转弧电流控制在10～50安，激磁电压110伏，非弧电压20伏，转弧电压28伏，摆动频率0～140次/分，摆动幅度0.5～15mm，转动线速度100～400mm/分。
全文摘要
一种氩等离子弧对2Cr13表面淬火工艺，采用等离子喷焊设备产生的氩等离子弧对阀门的2Cr13密封副的密封面进行扫描加热，使其迅速达到相变温度以上，空冷自硬，淬硬层在1.5-2mm之间，硬度在HRC36-54之间，具有工件本体温度低、热变形小、成本低廉、质量稳定、能自动操作，适合于2Cr13阀门密封面、机械密封环、模具等平面圆环状工件的表面淬火，特别适合于直径大于200mm以上的圆环状工件的淬火。
文档编号C21D1/08GK1051940SQ9010221
公开日1991年6月5日 申请日期1990年4月12日 优先权日1990年4月12日
发明者倪平, 陈曙华 申请人:宁波市石油阀门厂